鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究

在SinoProbe-01项目的资助下,完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面,剖面长约440 km,共包括24个宽频测点和4个宽频一长周期联合测点.采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演,获得了该剖面的二维电性结构模型.结果表明:鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单,成层性较好,大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层;河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂,电阻率高低相间.鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关,而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的.河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜一杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系,它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关.     

1927年古浪8级大震区及其周边地块的深部电性结构

沿穿过古浪大震震中区乐都—武威—白马岗北北东方向约340 km长的剖面,进行了16个测点的大地电磁探测.使用Robust技术处理观测数据,分析了视电阻率、阻抗相位、Swift二维偏离、最佳电性主轴方位角等参数,并采用NLCG二维反演技术对TE和TM两种模式的数据进行了二维反演模拟.结果表明：大通山—大坂山、西海原、皇城—双塔、龙首山和北大山5条断裂为明显的电性边界,其中西海原、皇城—双塔、龙首山和北大山断裂由西南向东北依次变浅变缓并在深部收敛于壳内低阻层上.沿剖面上地壳的电性构造较中下地壳的复杂,上地壳自西南向东北可分为中祁连隆起、北祁连褶皱带、冷龙岭隆起、武威盆地、潮水盆地和北大山隆起6个构造单元样式,显示与地表地质调查一致的构造格局;而在中、下地壳,武威盆地、潮水盆地和北大山隆起为一体,都属于阿拉善地块.中祁连和阿拉善地块电性成层性好,存在西南深、东北浅的壳内低阻层,北祁连褶皱带和冷龙岭隆起带电性结构复杂,高、低电阻体相间.1927年古浪地震震中区西南侧和上方区域的电阻率为高电阻率区,下方和东北侧区域为低电阻率区,处于电性结构明显呈台阶状陡变的地带,表明古浪地震是一次与断坡作用有关的地震.     

青藏高原东北缘玛沁-兰州-靖边剖面地壳上地幔电性结构研究

在青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块沿玛沁—兰州—靖边剖面进行62个测点的大地电磁观测,采用Robust技术对观测数据进行了处理和张量阻抗分解.分析了视电阻率和阻抗相位曲线、二维偏离度、区域走向.采用RRI二维反演技术进行了资料的反演解释,二维剖面的电性结构显示：（1）玛沁断裂带、兰州深断裂带、马家滩—大水坑断裂带将剖面分为4个电性区块：巴颜喀拉地块、秦祁地块、边界带和鄂尔多斯地块.（2）区块1、2和4的地壳电性结构有类似特点：上地壳为高阻层,下地壳上部为低阻带,下地壳下部到上地幔电阻率随深度逐渐升高.区块3电性成层性差、结构复杂,是现今构造活动较强烈的地区.（3）玛沁断裂带、海原断裂带和罗山—云雾山断裂带为较陡立的超壳断裂带;西秦岭北缘断裂带为壳内断裂带.     

利用人工地震测深剖面研究银川盆地及两侧区域的S波速度结构

本文利用人工地震探测剖面获得的E-W向S波数据,参考P波资料,利用正演算法对该条剖面获得的Sg、Sc1、Sc2、SmS及Sn波波组信息进行了相关计算与处理,获得了沿剖面S波的地壳二维速度结构,结果显示:银川盆地及其两侧区域的地壳速度结构和壳内界面分层都显示出较大的差异.银川盆地及其以西区段呈现四层地壳结构,鄂尔多斯块体内部由西向东C2界面逐渐缺失,显示三层地壳结构特征.且壳内界面及速度等值线变化相对平缓,显示出稳定的地壳结构特征.剖面中段的银川盆地沉积盖层埋深最深达到7.6 km,盆地下方Moho界面的隆起与基底的凹陷呈镜像关系,隆起最浅处深度为38.5 km左右.银川盆地西缘至阿拉善块体边缘中下地壳内出现局部低速异常,横向影响范围达到120 km左右,速度值明显比周围介质低0.15~0.28 km/s个量级,壳内界面起伏变化剧烈,与两侧块体接触及其耦合部位速度结构异常紊乱,显示出断陷活动、地壳不稳定的特征.阿拉善块体壳内速度等值线变化较为平缓,Moho界面相对其他块体显示出较深的深度.沿剖面从获得的S波二维速度结构特征可以看出各块体地壳速度结构特征、深部构造环境、以及深部介质物性差异,揭示了银川盆地在周围块体相互运动、碰撞、挤压背景下的应力变形特征.     

鄂尔多斯西缘北段的地壳结构和块体间变形关系

本文对喜马拉雅计划二期部分台站的远震波形数据进行接收函数提取,利用接收函数共转换点叠加方法获得阿拉善地块、鄂尔多斯地块以及银川—河套盆地下方0~80 km深度的速度间断面结构.结果表明:鄂尔多斯地块成层性好,地壳厚度为38~42 km,康拉德界面为18~22 km,阿拉善地区的Moho面深度为38~45 km.河套盆地地壳厚度约52 km,银川断陷盆地和贺兰山下方的Moho面最深为~55 km.鄂尔多斯西缘构造边界下方Moho面变化明显,且黄河断裂为深大断裂直接切割莫霍界面.根据本文的间断面成像结果我们进一步确定阿拉善地块与鄂尔多斯地块分属不同的大地构造单元.与此同时,我们推测贺兰山以西70~80 km范围内和鄂尔多斯地块西缘北段存在地壳增厚变形的可能.     

青藏高原东北缘海原构造带马东山阶区深部电性结构特征及其构造意义

海原一六盘山构造带是青藏高原东北缘地区的一条重要边界,在海原断裂带和六盘山断裂带接触区形成了特殊的马东山挤压阶区,本文对跨过该挤压阶区一条密集测点大地电磁剖面数据进行了处理和二维反演,获得的深部电性结构图像揭示在马东山挤压阶区深部电性结构表现为在高阻背景下镶嵌多个向西南倾斜的低阻条带电阻率结构样式,并在深度约25 km汇聚到中下地壳低阻层内,共同组成"正花状"结构;海原一六盘山构造带西南侧到陇中盆地区间呈现高、低阻相互"楔合"的深部结构特征,而其东北侧的鄂尔多斯西缘带自地表到中下地壳为较完整的高阻块体.另外结合跨过海原断裂带中段和西秦岭造山带的大地电磁探测结果,对海原一六盘山构造带分段性及其两侧的陇中盆地和鄂尔多斯地块的接触关系进行了研究分析.大地电磁探测成果佐证了在海原断裂带中段为具有走滑特点的断裂,而其尾端与六盘山断裂带斜交区域的马东山地区发生了强烈的逆冲推覆与褶皱变形;活动构造研究发现沿海原断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的马东山、六盘山以东西向的地壳缩短调节吸收,GPS观测表明青藏高原东北缘地区现今构造变形分布在海原一六盘山构造带以西上百公里的范围内,陇中盆地一海原一六盘山构造带和鄂尔多斯地块一线的深部电性结构图像也很好地解释了该区变形状态:海原一六盘山构造带带及西南盘的陇中盆地的中下地壳非常破碎,在青藏高原向北东方向的推挤下容易发生变形,而北东盘鄂尔多斯地块地壳结构完整,很难发生构造变形.对海原一六盘山构造带马东山阶区和龙门山构造带的深部电性结构及变形特征等进行了比较分析,发现该区有与2008年汶川地震相似的深部构造背景,应重视该区强震孕育环境的探测研究.     

滇西三江地区深部电性结构特征及其意义

沿盈江一姚安布置了一条长约350 km的长周期大地电磁剖面,共观测宽频大地电磁测深点53个,长周期大地电磁测深点26个;利用多种数据处理方法对观测资料进行了预处理、定性分析和二维反演,得到沿剖面的地壳和上地幔电性结构模型.对主要地块和断裂带的电性结构进行了分析,电性结构模型揭示滇西三江地区广泛存在壳内低阻层,但沿剖面方向即东西向埋深和厚度不一,在保山地块和滇中地块地下存在较大规模的壳幔低阻带;腾冲地块地下埋深13~20 km,厚约10~17 km的壳内低阻层可能是岩浆囊的反映;初步将保山壳幔韧性剪切带作为印支地块挤出的深部东边界.     

鄂尔多斯块体西缘及西南缘深部电性结构与该区地质构造的关系

对在地理位置上具有一定代表性的鄂尔多斯块体西缘及西南缘的３ 条大地电磁剖面进行了分析。盐池—阿拉善左旗剖面：整条剖面上均有壳内低阻层和上地幔低阻层分布,低阻层在银川断陷盆地上隆。定边—景泰剖面：壳内低阻层仅出现在弧形断裂带区,但上地幔低阻层在整个剖面上都有分布。在弧形断裂带区上地幔低阻层埋藏深度加大,但并不上隆,这与北面银川断陷盆地的上地幔上隆形成反照。分析认为,银川断陷盆地属于拉张性质,而弧形断裂带区属于挤压性质,由于均衡调整作用,造成了两者上地幔结构的反差。成县—西吉剖面：以天水太京测点为界,其南、北两段的电性结构差异较大,这为划分南、北两个地质单元提供了深部结构上的依据     

云南南部地区深部电性结构特征研究

在云南南部地区布设了一条孟连-罗平的北东向大地电磁测深剖面,以开展该地区的深部电性结构探测和孕震环境探查.沿该剖面进行了114个大地电磁测深点的观测,经过对观测资料的远参考Robust处理、定性分析和二维反演,得到了沿该剖面地壳、上地幔电性结构模型,从模型的电性结构特征进一步探讨了剖面穿过的3个地震区的深部地震孕育环境.研究结果表明：沿剖面的地壳上地幔电性结构反映出与区域地质构造资料基本一致的构造特征;该区的三个强震带地球深部都存在壳内低阻体,地震发生在电阻率梯度带上;断裂带的两侧块体介质的电阻率差异是强震活动带重要的深部背景.     

佳木斯地块及东缘岩石圈电性结构特征

佳木斯地块及东缘是中国东北地区的重要地质构造单元. 为探测该地区地壳深部结构与构造关系,沿桦南—饶河实施了240 km的大地电磁测深的探测研究. 采用光滑模型二维反演方法对桦南—饶河大地电磁剖面的探测数据进行了二维反演和综合地球物理解释. 研究结果揭示了研究区断面域的电性结构：(1)剖面西段具有稳定的高阻特征且具有稳定的岩石圈厚度（约90km）,在十几公里深度范围存在壳内高导层,该区段对应佳木斯地块. (2)剖面中部具有明显的电性梯度带,该梯度带反映了佳木斯地块的东界位置及其深部的结构形态. (3)剖面东段电性特征揭示了佳木斯地块以东区段浅部为逆冲推覆体,深部为多个高阻块体和低阻条带相间的电性结构,这些高阻块体可能为早期俯冲的岩石圈残片.     

银川断陷盆地地壳结构与构造的地震学证据

通过跨银川断陷盆地,完成了一条长68.9 km的高分辨深地震反射探测剖面,首次获得了银川盆地地壳精细结构、地堑型断陷盆地深部断裂系（黄河断裂、银川断裂、贺兰山东麓断裂）特征及深浅构造关系.结果表明：银川断陷盆地上地壳为双程走时8 s（深度约20 km）反射面以上的区域,上地壳上部地层层位丰富,地层分段连续性较好,上地壳下部地层分层特征不明显,地质构造简单;下地壳(8～13 s)反射能量较弱,反射同相轴不明显;下地壳下部壳幔过渡带（13 s附近）由一组能量较强、持续时间较长（1.5 s）的反射波组组成,厚度约4.5 km.芦花台断裂、银川断裂分别于12～12.5 km、18～19 km深处交汇于贺兰山东麓断裂,贺兰山东麓断裂于28～29 km深处交汇于黄河断裂,黄河断裂为错断Moho面的深大断裂,银川地堑为以黄河断裂为主,其他断裂为辅组合而成的负花状构造.根据贺兰山东麓断裂和银川断裂的相互关系,认为贺兰山东麓断裂对1739年平罗—银川8级地震起主要控制作用.     

郯庐断裂带中段电性结构及其地学意义研究

郯庐断裂带是中国大陆东部一个重要的左行走滑断裂系,对于研究中国大陆的形成演化与构造格局有着十分重要的意义.阿拉善左旗—山东日照超宽频带大地电磁测深剖面在山东莒县附近穿越了郯庐断裂带中段,电性主轴分析结果表明断裂带附近构造走向大致为北东20°;反演电阻率模型表明剖面穿越处郯庐断裂带的宽度约为30 km,断裂带主体是两条切割深度大、陡倾的断裂,西侧断裂切割深度约为60 km,向西倾斜,断面陡立,倾角约为70°,东侧断裂切割深度大于80 km,但小于100 km,界面东倾,陡立,倾角约为60°~80°;这两条断裂都切穿了地壳,但未切穿岩石圈.郯庐断裂带东缘至剖面终端日照,整个地壳为高阻,与断裂带西侧地壳的电性结构差异明显,这表明郯庐断裂带是华北地块与胶辽朝地块的边界断裂.     

河北石家庄地区深部结构大地电磁探测

石家庄位于太行山隆起带和华北平原冀中坳陷盆地接触区,西邻太行山山前断裂带,1966年在其东南曾发生邢台7.2级强震.为研究该区的深部构造背景,并为分析地震活动性趋势提供基础资料,2010年10月采用宽频带大地电磁法对该区的深部结构进行探测研究.大地电磁剖面穿过石家庄南侧区域,长约167km,获得了64个测点数据.采用远...     

大兴安岭与两侧盆地结合地带深部电性结构与岩石圈尺度构造关系

横跨大兴安岭与海拉尔盆地和松辽盆地结合地带的大地电磁测深剖面揭示了盆山构造的深部电性结构.剖面西起海拉尔盆地东缘,向东延伸穿过大兴安岭中部,一直到达松辽盆地西缘.本文对剖面测点的二维偏离度、构造走向等进行了计算和分析,采用非线性共轭梯度(NLCG)二维反演方法对TM模式的数据进行了反演,获得了该剖面的地壳、上地幔电性结构模型,划分出三个典型构造单元:海拉尔盆地、大兴安岭和松辽盆地.研究结果表明,海拉尔盆地东缘和松辽盆地西缘浅部都呈低阻特征,但松辽盆地西缘深部电性结构比较复杂,而大兴安岭整体呈高阻特征.海拉尔盆地东缘可能属于兴安块体,松辽盆地西缘与大兴安岭接触关系复杂.海拉尔盆地东缘岩石圈厚度约为110km,大兴安岭岩石圈厚度约为110~150km.大兴安岭上地壳基本呈高阻特征,可能为多次叠置的岩浆岩,代表大兴安岭经历了多期次岩浆作用;中下地壳横向存在较大范围低阻体,可能反映了大兴安岭地壳内部非刚性的特点;残存在岩石圈地幔的高阻异常,说明其下地壳可能发生过拆沉作用.大兴安岭与松辽盆地结合带存在一个岩石圈尺度的西倾低阻带,向下延伸到岩石圈底部,可能是早期松嫩地块向兴安地块俯冲并以软碰撞形式拼合的构造遗迹.     

青藏高原东缘龙门山逆冲构造深部电性结构特征

通过对汶川地震前观测的碌曲—若尔盖—北川—中江大地电磁剖面的数据处理和反演解释,揭示了沿剖面的松潘—甘孜地块、川西前陆盆地、龙门山构造带及秦岭构造带50 km深度的电性结构特征及相互关系,表明青藏高原东缘向东挤压,迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘堆积,并向扬子陆块逆冲推覆.龙门山恰好位于松潘—甘孜地块与扬子陆块对挤部位,主要受松潘—甘孜地块壳内高导层滑脱和四川盆地基底高阻体阻挡的约束,地壳深部存在着西倾且连续展布的壳内低阻层,表明龙门山深部确实存在着逆冲推覆构造,其逆冲断裂系中的三条断裂不仅以不同的倾角向西北倾斜,并且向深部逐渐汇集,但茂县—汶川断裂可能在深部与北川—映秀断裂是分离的.龙门山两翼的四川盆地和松潘甘孜褶皱带的电性结构既具有明显差异性,又具有一定的相关性.四川盆地显示巨厚的低阻沉积盖层和连续稳定的高阻基底的二元电性结构,而松潘—甘孜地块则表现为反向二元结构,即上部大套高阻褶皱带,下部整体为低阻的变化带,龙门山逆冲构造带本身又表现为松潘地块逆冲上覆在四川盆地之上,构成上部高阻褶皱带、中部低阻逆冲断裂带和底部盆地高阻基底的三层电性结构.对比龙门山逆冲构造断裂带的西倾延伸上下盘两侧的两个反对称的二元电性结构,松潘区块深部推断的结晶基底与龙门山断裂带下盘推断的下伏盆地结晶基底又存在某种内在对应关系,推断可能存在一个西延至若尔盖地块的泛扬子陆块.因此,龙门山构造带地壳电性结构研究对于揭示青藏高原东缘陆内造山动力过程,探索汶川大地震的深部生成机理都具有重要意义.     

四川大足-福建泉州深部地电特征

根据四川大足-福建泉州剖面的大地电磁测深结果,划分了低阻的中新生界、高阻的三叠系-古生界以及相对低阻的浅变质的元古界板溪群等;了解了一些岩体的底界深度,推断沅麻盆地5 km以下出现岩脉群. 武陵山重力梯度带附近,中下地壳至上地幔岩石层有很高的电阻率,它和梯度带的形成有关.华南褶皱系普遍存在壳内高导层,它和爆破地震所反映的壳内低速层的位置相近. 深部电性证明,华蓥山断裂带、茶陵断裂带和福安-南靖断裂带等是深、大断裂带. 上地幔岩石层在横向上具有不同的电阻率.软流层深度自西向东由120-150kin变化到76km,衡阳以东最深可达240km. 由软流层变化及断裂分布,认为扬子准地台和华南褶皱系两大构造单元的分界位于茶陵-永兴断裂附近.     

唐山地震区地壳结构和构造:深地震反射剖面结果

1976年7月28日,在唐山地区发生了7.8级大地震.为了研究该区的地壳结构和断裂的深浅构造关系,2009年,我们在唐山市南部的丰南地区,跨唐山断裂带完成了1条道间距40m、炮间距200m、50次覆盖的深地震反射探测剖面.结果表明:研究区的地壳厚度为32 ～ 34km,莫霍面自东向西逐渐加深,在丰南县和宣庄镇之间,中-...     

宁夏海原大震区西安州—韦州剖面大地电磁探测与研究

对穿过宁夏海原大震区西安州(N36.5°,E105.5°)北至同心县韦州(N37.28°,E106.48°)的大地电磁测深剖面，采用远参考道大地电磁方法进行测量和资料处理，得到高精度的数据如视电阻率、阻抗相位、二维偏离度、最佳主轴方位角等. 依据这些数据，对测区的电性结构进行了定性分析和二维定量反演解释. 结果表明，沿剖面可以分成5个电性区块，与西、南华山隆起(Ⅰ)、兴仁堡—海原盆地(Ⅱ)、中卫—清水河盆地(Ⅲ)、中宁—红寺堡盆地(Ⅳ)和鄂尔多斯西缘带(Ⅴ)对应，各区块的边界由大断裂构成. 地表到深度10km左右，西、南华山隆起和鄂尔多斯西缘带呈高阻特性，兴仁堡—海原、中卫—清水河、中宁—红寺堡三个盆地的电阻率较低且呈盆地凹陷形状，盆地基底显示为西南深东北浅的簸箕状起伏形态，基底最深约为8km. 西、南华山隆起、中卫—清水河盆地和鄂尔多斯西缘带的下地壳为“正常”电阻率结构. 兴仁堡—海原和中宁—红寺堡盆地的下地壳上部为“异常”低电阻率带. 1920年的海原大震区存在明显的电性结构差异，震区西南侧和上部区域为相对高阻，东北侧和下部区域为相对低阻.